دیتاشیت نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED مدل LTP-1557AKY - ارتفاع 1.2 اینچ (30.42 میلی‌متر) - رنگ کهربایی زرد AlInGaP - آرایه 5x7 - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-1557AKY یک ماژول نمایشگر تک کاراکتری الفبایی-عددی است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند خروجی کاراکتر واضح و خوانا هستند. عملکرد اصلی آن نمایش بصری اطلاعات از طریق یک شبکه از دیودهای نورافشان (LED) قابل آدرس‌دهی مجزا است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این دستگاه چندین مزیت کلیدی ارائه می‌دهد که آن را برای طیفی از کاربردهای صنعتی و تجاری مناسب می‌سازد. ویژگی‌های اصلی آن شامل ارتفاع کاراکتر 1.2 اینچی (30.42 میلی‌متر) است که دید عالی از فاصله را فراهم می‌کند. استفاده از فناوری نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تراشه‌های LED کهربایی زرد، منجر به بازده نوری خوب و رنگی متمایز و به راحتی قابل تشخیص می‌شود. نمایشگر با نیازهای توان پایین کار می‌کند که بازده انرژی را در کاربرد نهایی افزایش می‌دهد. به دلیل ساختار تک صفحه‌ای، زاویه دید وسیعی ارائه می‌دهد و اطمینان حاصل می‌کند که اطلاعات نمایش داده شده از موقعیت‌های مختلف قابل خواندن باشد. طراحی حالت جامد LEDها، قابلیت اطمینان بالا و عمر عملیاتی طولانی بدون قطعات متحرک را تضمین می‌کند. دستگاه با کدهای کاراکتر استاندارد مانند USASCII و EBCDIC سازگار است که ادغام در سیستم‌های دیجیتال را ساده می‌کند. علاوه بر این، واحدها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به صورت افقی قابل چیدمان پشت سر هم هستند و امکان ایجاد نمایشگرهای چندکاراکتری را فراهم می‌کنند. نمایشگر همچنین بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که یکنواختی روشنایی در بین دسته‌های تولید را تضمین می‌کند. بازارهای هدف این قطعه شامل پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق، ترمینال‌های فروش، تجهیزات پزشکی و هر سیستم توکار دیگری است که نیازمند یک رابط نمایشگر کاراکتری قوی و قابل اطمینان باشد.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

عملکرد LTP-1557AKY توسط مجموعه‌ای از پارامترهای الکتریکی، نوری و محیطی تعریف می‌شود که برای طراحی صحیح مدار و کاربرد آن حیاتی هستند.

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد آن قرار دارد. شدت نور متوسط معمولی (Iv) برای هر نقطه تحت شرایط تست جریان پیک (Ip) 80mA با سیکل وظیفه 1/16، 3800 میکروکاندلا (µcd) است. حداقل مقدار مشخص شده 2100 µcd می‌باشد. نسبت تطابق شدت نور بین نقاط حداکثر 2:1 مشخص شده است که یکنواختی روشنایی در سراسر نمایشگر را تضمین می‌کند. رنگ توسط طول موج آن تعریف می‌شود. طول موج تابش پیک (λp) معمولاً 595 نانومتر (nm) است که آن را در ناحیه کهربایی-زرد طیف مرئی قرار می‌دهد. طول موج غالب (λd) معمولاً 592 نانومتر است. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) معمولاً 15 نانومتر است که نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع شده است. توجه به این نکته مهم است که شدت نور با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری اندازه‌گیری می‌شود که منحنی پاسخ چشم فوتوپیک (CIE) را تقریب می‌زند و اطمینان حاصل می‌کند که مقادیر با ادراک بصری انسان همبستگی دارند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی شرایط کار و محدودیت‌ها را تعریف می‌کنند. ولتاژ مستقیم (Vf) برای هر نقطه LED مجزا (در جریان ورودی 20mA) مقدار معمولی 2.6 ولت، حداکثر 2.6 ولت و حداقل 2.05 ولت دارد. جریان معکوس (Ir) برای هر نقطه، هنگامی که ولتاژ معکوس (Vr) 5 ولت اعمال شود، حداکثر مقدار 100 میکروآمپر (µA) را دارد. این پارامترها برای طراحی مدار محدودکننده جریان مناسب و اطمینان از یکپارچگی سیگنال ضروری هستند.

2.3 ریتینگ‌های حداکثر مطلق و ملاحظات حرارتی

این ریتینگ‌ها محدودیت‌هایی را مشخص می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. اتلاف توان متوسط هر نقطه نباید از 25 میلی‌وات (mW) تجاوز کند. جریان مستقیم پیک هر نقطه در 60 میلی‌آمپر (mA) ریت شده است، اما تنها تحت شرایط پالسی خاص: سیکل وظیفه 1/10 با عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه. جریان مستقیم متوسط هر نقطه دارای فاکتور کاهش (دریتینگ) است؛ در دمای 25 درجه سانتی‌گراد 13 میلی‌آمپر است و به ازای هر درجه سانتی‌گراد افزایش دمای محیط، به صورت خطی 0.17 میلی‌آمپر کاهش می‌یابد. حداکثر ولتاژ معکوسی که می‌توان به هر نقطه اعمال کرد 5 ولت است. دستگاه برای محدوده دمای کاری 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای ذخیره‌سازی مشابه ریت شده است. برای مونتاژ، حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد است، اما این دما باید حداکثر به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای به فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن قطعه اعمال شود تا از آسیب حرارتی جلوگیری شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه‌ها بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده‌اند. این یک روش رایج دسته‌بندی (بینینگ) در تولید LED است تا قطعات را بر اساس عملکرد اندازه‌گیری شده گروه‌بندی کنند. در حالی که کدهای دسته‌بندی خاص در این بخش توضیح داده نشده است، این روش معمولاً شامل تست خروجی نور هر واحد در جریان استاندارد و مرتب‌سازی آن‌ها در دسته‌هایی با محدوده‌های حداقل و حداکثر شدت نور تعریف شده (مثلاً دسته A: 3000-3500 µcd، دسته B: 3500-4000 µcd) می‌شود. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که روشنایی یکنواخت در یک نمایشگر چند واحدی را تضمین می‌کنند. مشخصات دقیق نسبت تطابق شدت نور (حداکثر 2:1) بیشتر از این هدف یکنواختی بصری پشتیبانی می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمولی اشاره می‌کند، اگرچه در متن ارائه شده نمایش داده نشده‌اند. بر اساس رفتار استاندارد LED، انتظار می‌رود منحنی‌هایی مشاهده شود که رابطه بین جریان مستقیم (If) و ولتاژ مستقیم (Vf) را نشان می‌دهند که نمایی است. یک منحنی حیاتی دیگر، شدت نور (Iv) را به عنوان تابعی از جریان مستقیم (If) نشان می‌دهد که معمولاً یک رابطه تقریباً خطی در محدوده کاری را نمایش می‌دهد. یک منحنی مهم سوم، تغییرات شدت نور با دمای محیط (Ta) را به تصویر می‌کشد که کاهش خروجی را با افزایش دما نشان می‌دهد. این منحنی‌ها برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد و بهینه‌سازی مدار درایو برای بازده و طول عمر حیاتی هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

LTP-1557AKY در یک پکیج استاندارد نمایشگر LED عرضه می‌شود. محتوای ارائه شده به یک نمودار ابعاد پکیج (که نشان داده نشده) اشاره می‌کند که تمام ابعاد آن بر حسب میلی‌متر و تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر، مگر خلاف آن ذکر شده باشد، مشخص شده است. توصیف فیزیکی بیان می‌کند که دستگاه دارای رویه خاکستری و رنگ نقطه سفید است که به ترتیب به رنگ بدنه پلاستیکی و لنز پخش نور روی هر LED اشاره دارد و کنتراست را افزایش می‌دهد.

5.1 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

این دستگاه دارای پیکربندی 14 پایه است. پایه‌ها به وضوح تعریف شده‌اند: پایه‌ها به عنوان آند برای سطرهای خاص (1، 2، 3، 4، 5، 6، 7) و کاتد برای ستون‌های خاص (1، 2، 3، 4، 5) اختصاص داده شده‌اند. این یک پیکربندی آند مشترک برای سطرها است، به این معنی که برای روشن کردن یک نقطه خاص، کاتد ستون مربوطه باید در حالت Low (جریان سینک) و آند سطر مربوطه در حالت High (جریان سورس) درایو شود. یک نمودار مدار داخلی (که به آن ارجاع داده شده اما نشان داده نشده) معمولاً این آرایه ماتریسی 5x7 را نشان می‌دهد و نحوه اتصال هر LED در تقاطع یک خط سطر (آند) و یک خط ستون (کاتد) را به تصویر می‌کشد. این ساختار ماتریسی به طور قابل توجهی تعداد پایه‌های درایور مورد نیاز را از 35 (برای نقاط آدرس‌دهی مجزا) به 12 (5 ستون + 7 سطر) کاهش می‌دهد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل کلیدی مونتاژ ارائه شده مربوط به دمای لحیم‌کاری است. ریتینگ حداکثر مطلق مشخص می‌کند که دمای لحیم‌کاری نباید از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و این دما حداکثر به مدت 3 ثانیه باید اعمال شود. نقطه اندازه‌گیری این دما حیاتی است: در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن قطعه. این دستورالعمل به منظور جلوگیری از انتقال گرمای بیش از حد به تراشه‌های LED و اتصالات سیم داخلی، که می‌تواند باعث تخریب یا خرابی شود، در نظر گرفته شده است. برای مونتاژ مدرن، این نشان می‌دهد که دستگاه برای فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو مناسب است، مشروط بر اینکه پروفایل دمایی به دقت کنترل شود تا در این محدودیت‌ها باقی بماند. احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید در طول جابجایی رعایت شود. محدوده دمای ذخیره‌سازی (35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد) نیز زمانی که دستگاه‌ها استفاده نمی‌شوند باید رعایت شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

LTP-1557AKY برای کاربردهایی که نیاز به نمایش کاراکترهای الفبایی-عددی، نمادها یا گرافیک‌های ساده دارند ایده‌آل است. کاربردهای متداول شامل: نمایشگرهای وضعیت روی ماشین‌آلات صنعتی (نمایش کدهای خطا، وضعیت ماشین یا شمارش‌های ساده)، نمایش‌خوان‌ها روی تجهیزات تست و اندازه‌گیری، پنل‌های نمایش در سیستم‌های فروش، نمایشگرهای اطلاعات در دستگاه‌های پزشکی و به عنوان بخشی از سیستم‌های توکار در لوازم خانگی یا الکترونیک مصرفی است. قابلیت چیدمان پشت سر هم آن اجازه می‌دهد برای نمایشگرهای چند رقمی مانند ساعت‌ها، شمارنده‌ها یا تابلوهای پیام ساده استفاده شود.

7.2 ملاحظات طراحی و اینترفیس مدار

طراحی با این نمایشگر نیازمند یک میکروکنترلر یا IC درایور اختصاصی است که قابلیت مالتی‌پلکسینگ داشته باشد. از آنجایی که این یک نمایشگر ماتریسی است، معمولاً تنها یک سطر در یک زمان در یک اسکن ترتیبی فعال می‌شود. ماندگاری دید، توهم یک تصویر پایدار را ایجاد می‌کند. مدار درایور باید بتواند جریان کافی برای آند سطر فعال را سورس کند و جریان مورد نیاز برای کاتدهای ستون فعال را سینک کند. مقاومت‌های محدودکننده جریان برای هر خط کاتد ستون (یا هر LED، بسته به معماری درایور) اجباری هستند تا جریان کاری را تنظیم کنند، معمولاً حدود 20 میلی‌آمپر برای هر نقطه برای کارکرد پیوسته، اما قابل تنظیم بر اساس روشنایی مورد نظر و سیکل وظیفه مالتی‌پلکسینگ. ریتینگ‌های جریان پیک هنگام طراحی طرح مالتی‌پلکسینگ باید رعایت شوند. به عنوان مثال، با سیکل وظیفه 1/7 (فعال کردن یکی از هفت سطر در یک زمان)، جریان لحظه‌ای هر نقطه می‌تواند برای دستیابی به همان روشنایی متوسط بالاتر باشد، اما نباید تحت شرایط پالسی از ریتینگ جریان پیک 60 میلی‌آمپر تجاوز کند. اتلاف حرارت در صورتی که نزدیک به ریتینگ‌های حداکثر یا در دمای محیط بالا کار می‌کنید باید در نظر گرفته شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با سایر فناوری‌های نمایش مانند LCD یا نمایشگرهای فلورسنت خلاء (VFD)، این نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED مزایای متمایزی ارائه می‌دهد: روشنایی و دید برتر در شرایط نور کم و نور محیطی بالا، محدوده دمای کاری وسیع‌تر، زمان پاسخ سریع‌تر و قابلیت اطمینان بالاتر به دلیل ماهیت حالت جامد آن. در دسته نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای LED، استفاده از فناوری AlInGaP برای رنگ کهربایی زرد، بازده و پایداری رنگ بهتری نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP ارائه می‌دهد. ارتفاع خاص 1.2 اینچی، آرایه 5x7 و رنگ کهربایی آن را از نمایشگرهای کوچک‌تر یا بزرگ‌تر، یا آنهایی با رنگ‌های مختلف (مانند قرمز، سبز) یا پیکربندی‌های آرایه متفاوت (مانند 5x8، 8x8) متمایز می‌کند.

9. پرسش‌های متداول بر اساس پارامترهای فنی

س: هدف از سیکل وظیفه 1/16 ذکر شده در شرایط تست شدت نور چیست؟

ج: سیکل وظیفه 1/16 (یک پالس کوتاه) در طول تست برای جلوگیری از گرم شدن پیوند LED، که باعث کاهش خروجی می‌شود، استفاده می‌شود. این امکان اندازه‌گیری روشنایی ذاتی در یک جریان خاص بدون اثرات حرارتی را فراهم می‌کند. در کارکرد مالتی‌پلکس شده واقعی، یک درایو پالسی مشابه استفاده می‌شود.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با جریان DC ثابت و بدون مالتی‌پلکسینگ درایو کنم؟

ج: از نظر فنی، بله، با روشن نگه داشتن مداوم هر نقطه مورد نظر. با این حال، این کار به 35 کانال درایور مجزا نیاز دارد و توان بسیار بیشتری مصرف می‌کند. مالتی‌پلکسینگ روش استاندارد و کارآمد است.

س: لیست پایه‌ها دو پایه برای "آند سطر 4" (پایه‌های 5 و 12) و دو پایه برای "کاتد ستون 3" (پایه‌های 4 و 11) نشان می‌دهد. آیا این یک خطا است؟

ج: این احتمالاً یک خطا نیست، بلکه یک ویژگی طراحی است. پایه‌های متعدد برای یک نود الکتریکی یکسان (سطر یا ستون) در نمایشگرهای ماتریسی رایج است. آن‌ها برای کاهش چگالی جریان از طریق یک پایه/اتصال‌دهنده منفرد، بهبود قابلیت اطمینان و ارائه تقارن مکانیکی در پکیج عمل می‌کنند. به طور داخلی، این پایه‌ها به یکدیگر متصل هستند.

س: چگونه مقدار مقاومت محدودکننده جریان مناسب را محاسبه کنم؟

ج: شما به ولتاژ تغذیه (Vcc)، جریان مستقیم مورد نظر برای هر نقطه (If، مثلاً 20mA) و ولتاژ مستقیم معمولی LED (Vf، مثلاً 2.6V) نیاز دارید. فرمول R = (Vcc - Vf) / If است. به یاد داشته باشید که در یک مدار مالتی‌پلکس شده، Vcc ولتاژ اعمال شده به آند سطر فعال است و مقاومت در سمت کاتد ستون قرار می‌گیرد.

10. مورد عملی طراحی و استفاده

طراحی یک شمارنده ساده 4 رقمی با استفاده از چهار نمایشگر LTP-1557AKY را در نظر بگیرید. نمایشگرها به صورت افقی پشت سر هم چیده می‌شوند. یک میکروکنترلر برنامه‌ریزی می‌شود تا مالتی‌پلکسینگ را مدیریت کند. این میکروکنترلر دارای 7 پایه خروجی است که به آندهای سطر تمام نمایشگرها به صورت موازی متصل هستند. همچنین دارای 4 مجموعه از 5 پایه کاتد ستون (در مجموع 20 پایه) خواهد بود، اما این‌ها می‌توانند توسط شیفت رجیسترهای خارجی یا توسعه‌دهنده‌های پورت برای صرفه‌جویی در I/O میکروکنترلر مدیریت شوند. فریم‌ور به ترتیب هر یک از 7 سطر را فعال می‌کند. برای هر سطر، الگوی آن سطر را برای هر چهار رقم به درایورهای ستون ارسال می‌کند. این اتفاق به قدری سریع رخ می‌دهد (مثلاً اسکن تمام 7 سطر 100 بار در ثانیه) که چشم انسان یک عدد 4 رقمی پایدار را درک می‌کند. جریان هر ستون توسط مقاومت‌ها برای دستیابی به روشنایی مورد نظر، با در نظر گرفتن سیکل وظیفه 1/7 برای هر نقطه، تنظیم می‌شود. طراحی باید اطمینان حاصل کند که جریان پیک هر نقطه در طول پالس فعال آن از ریتینگ 60 میلی‌آمپر تجاوز نکند.

11. معرفی اصل عملکرد

LTP-1557AKY بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی، به طور خاص با استفاده از مواد AlInGaP عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص لایه‌های AlInGaP طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند، در این مورد، کهربایی زرد. آرایه 5x7 یک پیکربندی الکتریکی کارآمد است. هر LED بین یکی از هفت خط سطر (آند) و یکی از پنج خط ستون (کاتد) متصل شده است. با اعمال انتخابی یک ولتاژ مثبت به یک سطر خاص و زمین کردن یک ستون خاص، تنها LED موجود در آن تقاطع روشن می‌شود. یک کنترلر به سرعت این فرآیند را برای تمام نقاط مورد نظر برای تشکیل کاراکترها دنبال می‌کند.

12. روندها و زمینه فناوری

در حالی که نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای LED گسسته مانند LTP-1557AKY برای کاربردهای خاص، اغلب صنعتی، که نیازمند روشنایی بالا و استحکام هستند، همچنان مرتبط باقی می‌مانند، فناوری نمایش گسترده‌تر تکامل یافته است. آرایه‌های LED نوع SMD و ماژول‌های نمایشگر LED مجتمع با کنترلرهای داخلی (I2C، SPI) اکنون رایج هستند و ادغام آسان‌تر و وضوح بالاتر در پکیج‌های کوچک‌تر را ارائه می‌دهند. علاوه بر این، فناوری‌های OLED و میکرو-LED برای نمایشگرهای با چگالی بالا و انعطاف‌پذیر در حال پیشرفت هستند. با این حال، برای نیازهای ساده، قابل اطمینان و کم‌هزینه نمایش کاراکتر در محیط‌های خشن، ماتریس‌های نقطه‌ای LED سنتی با پایه‌های عبوری مانند این، همچنان یک راه‌حل عملی و قابل اطمینان هستند. فناوری AlInGaP استفاده شده در اینجا نشان‌دهنده پیشرفتی نسبت به مواد LED قدیمی‌تر است و بازده و عملکرد رنگ بهتری ارائه می‌دهد.